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KR102209156B1 - 반도체 제조장치용 부품의 제조방법 및 반도체 제조장치용 부품 - Google Patents

반도체 제조장치용 부품의 제조방법 및 반도체 제조장치용 부품 Download PDF

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KR102209156B1
KR102209156B1 KR1020197001579A KR20197001579A KR102209156B1 KR 102209156 B1 KR102209156 B1 KR 102209156B1 KR 1020197001579 A KR1020197001579 A KR 1020197001579A KR 20197001579 A KR20197001579 A KR 20197001579A KR 102209156 B1 KR102209156 B1 KR 102209156B1
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KR
South Korea
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bonding
susceptor
ceramic member
component
semiconductor manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020197001579A
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English (en)
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KR20190019173A (ko
Inventor
고헤이 미츠야
히데오 단게
모토키 홋타
다카미치 오가와
Original Assignee
니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Filing date
Publication date
Application filed by 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 filed Critical 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

접합온도를 낮게 하면서 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재의 접합강도의 저하를 억제한다. 반도체 제조장치용 부품의 제조방법은, AlN을 주성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 1 세라믹스 부재를 준비하는 공정과, AlN을 주성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 2 세라믹스 부재를 준비하는 공정과, 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재 사이에 Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제를 개재시킨 상태에서 가열 가압함으로써 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재를 접합하는 공정을 포함한다.

Description

반도체 제조장치용 부품의 제조방법 및 반도체 제조장치용 부품
본 명세서에 개시되는 기술은 반도체 제조장치용 부품의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조장치용 부품으로서 서셉터(가열장치)가 이용된다. 서셉터는, 예를 들면 내부에 히터를 가지는 판 형상의 세라믹스제의 유지부재와, 유지부재의 일방의 면 측에 배치되는 원통 형상의 세라믹스제의 지지부재와, 유지부재와 지지부재 사이에 배치되어 유지부재의 일방의 면과 지지부재의 일방의 면을 접합하는 접합층을 구비한다. 유지부재의 일방의 면과는 반대측의 유지면에 웨이퍼가 배치된다. 서셉터는 히터에 전압이 인가됨에 의해서 발생하는 열을 이용하여 유지면에 배치된 웨이퍼를 가열한다.
유지부재와 지지부재는 비교적 열전도율이 높은 AlN(질화알루미늄)을 주성분으로 하는 재료에 의해 형성되는 일이 있다. 그리고, 이러한 AlN을 주성분으로 하는 유지부재 및 지지부재를 구비하는 서셉터의 제조방법으로서, Ca(칼슘)을 포함하는 접합제를 유지부재와 지지부재 사이에 개재시킨 상태에서 가열 가압함으로써 유지부재와 지지부재를 접합하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특개2004-345952호 공보
상기한 서셉터의 제조방법에서는, 1600(℃) 정도의 낮은 접합온도에서 유지부재와 지지부재를 접합할 수 있다. 그러나, Ca을 포함하는 접합제를 이용하기 때문에, 예를 들면 Ca을 포함하는 생성물이 웨이퍼 등에 이물질로서 혼입될 우려가 있다. 그래서, Ca 대신에 Gd(가돌리늄)을 포함하는 접합제를 이용하는 서셉터의 제조방법이 알려져 있지만, Ca을 포함하는 접합제를 이용하는 경우에 비해서 접합온도가 높기 때문에, 한층 더 개선이 요망되고 있었다.
또한, 이러한 과제는 서셉터를 구성하는 유지부재와 지지부재의 접합에 한하지 않고, 예를 들면 정전 척 등의 유지장치를 구성하는 세라믹스 부재끼리의 접합에도 공통된 과제이다. 또, 이러한 과제는 유지장치에 한하지 않고, 예를 들면 샤워 헤드 등의 반도체 제조장치용 부품을 구성하는 세라믹스 부재끼리의 접합에도 공통된 과제이다.
본 명세서에서는 상기한 과제를 해결하는 것이 가능한 기술을 개시한다.
본 명세서에 개시되는 기술은, 예를 들면 이하의 형태로 하여 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 명세서에 개시되는 반도체 제조장치용 부품의 제조방법은, AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 1 세라믹스 부재를 준비하는 공정과, AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 2 세라믹스 부재를 준비하는 공정과, 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재 사이에 Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제를 개재시킨 상태에서 가열 가압함으로써 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재를 접합하는 공정을 포함하며, 상기 가열 가압에 의해서 상기 접합제가 용융하여 형성되는 접합부는 적어도 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3를 포함한다. 본원의 발명자는 실험 등에 의해서 Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제를 이용하면, Gd(가돌리늄)을 포함하는 접합제를 이용하는 종래의 제조방법에 비해서, AlN(질화알루미늄)을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 세라믹스 부재끼리를 접합할 때의 접합온도가 낮더라도 높은 접합강도로 접합할 수 있는 것을 찾아냈다. 그래서, 본 반도체 제조장치용 부품에 의하면, Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제를 이용함으로써 접합온도를 낮게 하면서 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재의 접합강도의 저하를 억제할 수 있다.
(2) 본 명세서에 개시되는 반도체 제조장치용 부품은, AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 1 세라믹스 부재와, AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 2 세라믹스 부재와, 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재 사이에 배치되어 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재를 접합하는 접합층을 구비하는 반도체 제조장치용 부품에 있어서, 상기 접합층은 적어도 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3를 포함하고 있다. 본 반도체 제조장치용 부품에 의하면, Eu(유로퓸)과 Gd과 Al(알루미늄)을 포함하는 복합 산화물이 비교적 낮은 접합온도에서 유동성을 가짐으로써, 접합온도를 낮게 하면서 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재의 접합강도의 저하를 억제할 수 있다.
(3) 상기 반도체 제조장치용 부품에 있어서, 상기 접합층에 있어서, 상기 (Eu,Gd)3Al5O12의 함유율은 0.1mol% 이상인 것을 특징으로 하는 구성으로 하여도 좋다. 본 반도체 제조장치용 부품에 의하면, 저온에서도 유동성이 높은 Eu과 Gd과 Al을 포함하는 복합 산화물의 함유율이 0.1mol% 이상인 것에 의해서, 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재의 접합강도의 저하를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
(4) 본 명세서에 개시되는 반도체 제조장치용 부품은, AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 1 세라믹스 부재와, AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 2 세라믹스 부재와, 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재 사이에 배치되어 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재를 접합하는 복수의 접합부를 구비하는 반도체 제조장치용 부품에 있어서, 상기 접합부는 적어도 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3를 포함하고 있다. 본 반도체 제조장치용 부품에 의하면, Eu과 Gd과 Al을 포함하는 복합 산화물이 비교적 낮은 접합온도에서 유동성을 가짐으로써, 접합온도를 낮게 하면서 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재의 접합강도의 저하를 억제할 수 있다.
(5) 상기 반도체 제조장치용 부품에 있어서, 상기 접합부에 있어서, 상기 (Eu,Gd)3Al5O12의 함유율은 0.1mol% 이상인 것을 특징으로 하는 구성으로 하여도 좋다. 본 반도체 제조장치용 부품에 의하면, 저온에서도 유동성이 높은 Eu과 Gd과 Al을 포함하는 복합 산화물의 함유율이 0.1mol% 이상인 것에 의해서, 제 1 세라믹스 부재와 제 2 세라믹스 부재의 접합강도의 저하를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시되는 기술은 여러 가지 형태로 실현하는 것이 가능하며, 예를 들면 정전 척, 진공 척 등의 유지장치, 서셉터 등의 가열장치, 샤워 헤드 등의 반도체 제조장치용 부품, 이것들의 제조방법의 형태로 실현하는 것이 가능하다.
도 1은 본 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 외관 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 XZ 단면 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 제조방법을 나타내는 플로차트이다.
도 4는 서셉터(100)의 성능평가의 결과를 나타내는 설명도이다.
도 5는 실시예의 서셉터(100)의 SEM 화상을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6은 비교예 1의 서셉터의 SEM 화상을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
A. 실시형태 :
A-1. 서셉터(100)의 구성 :
도 1은 본 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 외관 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 XZ 단면 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 각 도면에는 방향을 특정하기 위한 서로 직교하는 XYZ축이 도시되어 있다. 본 명세서에서는 편의적으로 Z축 정방향을 상측방향이라 하고, Z축 부방향을 하측방향이라 하지만, 서셉터(100)는 실제로는 이러한 방향과는 다른 방향으로 설치되어도 좋다. 서셉터(100)는 청구범위에 있어서의 "반도체 제조장치용 부품"에 상당한다.
서셉터(100)는 대상물{예를 들면, 웨이퍼(W)}을 유지하면서 소정의 처리 온도로 가열하는 장치이며, 예를 들면 반도체장치의 제조공정에서 사용되는 박막형성장치(예를 들면, CVD 장치나 스패터링 장치)나 에칭 장치(예를 들면, 플라스마 에칭 장치)에 구비되어 있다. 서셉터(100)는 소정의 배열방향{본 실시형태에서는 상하방향(Z축 방향)}으로 나란히 배치된 유지부재(10) 및 지지부재(20)를 구비한다. 유지부재(10)와 지지부재(20)는, 유지부재(10)의 하면(이하, "유지측 접합면(S2)"이라 한다)과 지지부재(20)의 상면(이하, "지지측 접합면(S3)"이라 한다)이 상기 배열방향으로 대향하도록 배치되어 있다. 서셉터(100)는 유지부재(10)의 유지측 접합면(S2)과 지지부재(20)의 지지측 접합면(S3) 사이에 배치된 접합층(30)을 더 구비한다. 유지부재(10)는 청구범위에 있어서의 "제 1 세라믹스 부재"에 상당하고, 지지부재(20)는 청구범위에 있어서의 "제 2 세라믹스 부재"에 상당한다.
(유지부재(10))
유지부재(10)는, 예를 들면 원형 평면의 판 형상 부재이며, AlN(질화알루미늄)을 주성분으로 하는 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 또한, 여기서 말하는 "주성분"이란 함유비율(중량비율)이 가장 많은 성분을 의미한다. 유지부재(10)의 직경은 예를 들면 100(㎜)∼500(㎜) 정도이고, 유지부재(10)의 두께는 예를 들면 3(㎜)∼10(㎜) 정도이다.
유지부재(10)의 내부에는 도전성 재료(예를 들면, 텅스텐이나 몰리브덴 등)에 의해 형성된 선(線) 형상의 저항 발열체로 구성된 히터(50)가 설치되어 있다. 히터(50)의 1쌍의 단부는 유지부재(10)의 중앙부 부근에 배치되어 있다. 또, 유지부재(10)의 내부에는 1쌍의 비아(52)가 형성되어 있다. 각 비아(52)는 상하방향으로 연장되는 선 형상의 도전체이며, 각 비아(52)의 상단은 히터(50)의 각 단부에 접속되어 있고, 각 비아(52)의 하단은 유지부재(10)의 유지측 접합면(S2) 측에 배치되어 있다. 또, 유지부재(10)의 유지측 접합면(S2)의 중앙부 부근에는 1쌍의 수전전극(受電電極)(54)이 배치되어 있다. 각 수전전극(54)은 각 비아(52)의 하단에 접속되어 있다. 이것에 의해서, 히터(50)와 각 수전전극(54)이 전기적으로 접속되어 있다.
(지지부재(20))
지지부재(20)는 예를 들면 상하방향으로 연장된 원통 형상 부재이며, 지지측 접합면(S3)(상면)에서 하면(S4)까지 상하방향으로 관통하는 관통구멍(22)이 형성되어 있다. 지지부재(20)는 유지부재(10)와 마찬가지로 AlN을 주성분으로 하는 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 지지부재(20)의 외경은 예를 들면 30(㎜)∼90(㎜) 정도이고, 내경은 예를 들면 10(㎜)∼60(㎜) 정도이고, 상하방향의 길이는 예를 들면 100(㎜)∼300(㎜) 정도이다. 지지부재(20)의 관통구멍(22) 내에는 1쌍의 전극단자(56)가 수용되어 있다. 각 전극단자(56)는 상하방향으로 연장되는 봉 형상의 도전체이다. 각 전극단자(56)의 상단은 각 수전전극(54)에 납땜에 의해 접합되어 있다. 1쌍의 전극단자(56)에 전원(도시생략)으로부터 전압이 인가되면, 히터(50)가 발열됨으로써 유지부재(10)가 따뜻하게 되고, 유지부재(10)의 상면(이하, "유지면(S1)"이라 한다)에 유지된 웨이퍼(W)가 따뜻하게 된다. 또한, 히터(50)는 유지부재(10)의 유지면(S1)을 가능한 한 구석구석까지 따뜻하게 하기 위해서, 예를 들면 Z방향에서 보았을 때에 대략 동심원 형상으로 배치되어 있다. 또, 지지부재(20)의 관통구멍(22) 내에는 열전대인 2개의 금속선(60)(도 2에서는 1개만 도시)이 수용되어 있다. 각 금속선(60)은 상하방향으로 연장되도록 배치되며, 각 금속선(60)의 상단부분(62)은 유지부재(10)의 중앙부에 매립되어 있다. 이것에 의해서, 유지부재(10) 내의 온도가 측정되고, 그 측정결과에 근거하여 웨이퍼(W)의 온도제어가 실현된다.
(접합층(30))
접합층(30)은 원환 형상의 시트층이며, 유지부재(10)의 유지측 접합면(S2)과 지지부재(20)의 지지측 접합면(S3)을 접합하고 있다. 접합층(30)은 Eu(유로퓸)과 Gd(가돌리늄)과 Al(알루미늄)을 포함하는 복합 산화물을 포함하는 재료에 의해 형성되어 있다. 구체적으로는, 접합층(30)은 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3과 Al2O3(알루미나)를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있다. 접합층(30)의 외경은 예를 들면 30(㎜)∼90(㎜) 정도이고, 내경은 예를 들면 10(㎜)∼60(㎜) 정도이고, 두께는 예를 들면 2(㎛)∼60(㎛) 정도이다.
A-2. 서셉터(100)의 제조방법 :
이어서, 본 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 제조방법을 설명한다. 도 3은 본 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 제조방법을 나타내는 플로차트이다. 처음에 유지부재(10)와 지지부재(20)를 준비한다(S110). 상기한 바와 같이 유지부재(10)와 지지부재(20)는 모두 AlN을 주성분으로 하는 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 또한, 유지부재(10) 및 지지부재(20)는 공지의 제조방법에 따라서 제조가 가능하기 때문에, 여기서는 제조방법의 설명을 생략한다.
그 다음, 접합층(30)의 형성재료인 페이스트상의 접합제를 준비한다(S120). 구체적으로는, Eu2O3(산화유로퓸) 분말과 Gd2O3(가돌리니아) 분말과 Al2O3 분말을 소정의 비율로 혼합하고, 게다가 아크릴 바인더 및 부틸 카비톨과 함께 혼합함에 의해서 페이스트상의 접합제를 형성한다. 또한, 페이스트상의 접합제의 형성재료의 조성비는 예를 들면 Eu2O3이 20mol%이고, Gd2O3가 20mol%이고, Al2O3가 60mol%인 것이 바람직하다. 그 다음, 유지부재(10)와 지지부재(20) 사이에 준비된 페이스트상의 접합제를 배치한다(S130). 구체적으로는 유지부재(10)의 유지측 접합면(S2)과 지지부재(20)의 지지측 접합면(S3)을 랩 연마하여 각 접합면(S2, S3)의 표면조도를 1㎛ 이하, 평탄도를 10㎛ 이하로 한다. 그리고, 페이스트상의 접합제를 마스크 인쇄에 의해서 유지부재(10)의 유지측 접합면(S2)과 지지부재(20)의 지지측 접합면(S3) 중 적어도 일방에 도포하고 탈지처리를 한다. 그 후, 지지부재(20)의 지지측 접합면(S3)과 유지부재(10)의 유지측 접합면(S2)을 페이스트상의 접합제를 사이에 두고 서로 겹침으로써, 유지부재(10)와 지지부재(20)의 적층체를 형성한다.
그 다음, 유지부재(10)와 지지부재(20)의 적층체를 핫 프레스 노(爐) 내에 배치하고, N2(질소) 중에서 가압하면서 가열한다(S140). 이것에 의해서 페이스트상의 접합제가 용융되어 접합층(30)이 형성되고, 이 접착층(30)에 의해서 유지부재(10)와 지지부재(20)가 접합된다. 이 가열·가압 접합에 있어서의 압력은 0.1MPa 이상 15MPa 이하의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다. 가열·가압 접합에 있어서의 압력이 0.1MPa 이상으로 설정되면, 피접합부재{유지부재(10)나 지지부재(20)}의 표면에 기복(waviness) 등이 있는 경우에서도 피접합부재 간에 접합되지 않는 틈새가 생기는 것이 억제되어, 초기에 있어서의 유지부재(10)와 지지부재(20)의 접합강도{접합층(30)의 접합강도}가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또, 가열·가압 접합에 있어서의 압력이 15MPa 이하로 설정되면, 유지부재(10)의 크랙이나 지지부재(20)의 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 각 접합면(S2, S3)에는 0.2Kgf/㎠∼3Kgf/㎠의 압력이 부여된다.
또, 이 가열·가압 접합에 있어서의 온도는 1675(℃)까지 상승시키는 것이 바람직하다. 가열·가압 접합에 있어서의 온도가 1675(℃)까지 상승하면, 1675(℃)의 상태를 약 10분 유지한 후, 핫 프레스 노 내의 온도를 실온까지 내린다. 가열·가압 접합 후, 필요에 따라서 후처리(외주나 상하면의 연마, 단자의 형성 등)를 실시한다. 이상의 제조방법에 의해서 상기한 구성의 서셉터(100)가 제조된다.
A-3. 성능평가 :
실시예의 서셉터(100)와 비교예 1∼3의 서셉터에 대해서, 이하에 설명하는 성능평가를 실시하였다.
A-3-1. 실시예 및 비교예 1∼3에 대해서 :
도 4는 서셉터(100)의 성능평가의 결과를 나타내는 설명도이다. 실시예의 서셉터(100)는 상기한 제조방법에 의해서 제조된 것이다. 비교예 1∼3의 서셉터는 유지부재와 지지부재와 접합층을 구비한다. 비교예 1∼3의 서셉터는 실시예의 서셉터(100)에 대해서 접합제의 형성재료와 접합온도 중 적어도 1개가 다른 제조방법에 의해서 제조된 것이다. 실시예의 서셉터(100)와 비교예의 서셉터는 이하의 점에서 공통되어 있다.
(유지부재의 구성)
* 재료 : AlN을 주성분으로 하는 세라믹스
* 직경 : 100(㎜)∼500(㎜)
* 두께 : 3(㎜)∼10(㎜)
(지지부재의 구성)
* 재료 : AlN을 주성분으로 하는 세라믹스
* 외경 : 30(㎜)∼90(㎜)
* 내경 : 10(㎜)∼60(㎜)
* 상하방향이 길이 : 100(㎜)∼300(㎜)
(접합층의 외형)
* 외경 : 30(㎜)∼90(㎜)
* 내경 : 10(㎜)∼60(㎜)
* 두께 : 2(㎛)∼60(㎛)
도 4에도 나타내는 바와 같이, 실시예의 서셉터(100)와 비교예 1∼3의 서셉터는 접합제의 형성재료(접합층의 형성재료)와 접합온도 중 적어도 1개가 상위하다. 구체적으로는 다음과 같다. 접합층의 형성재료는 상기한 가열·가압에 의해서 접합제의 형성재료가 화학 반응하여 생성되는 재료이다.
실시예의 서셉터(100) :
* 접합제의 형성재료 : Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함한다.
* 접합층(30)의 형성재료 : (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3과 Al2O3를 포함한다.
* 접합온도 : 1675(℃)
비교예 1의 서셉터 :
* 접합제의 형성재료 : Eu2O3과 Al2O3를 포함하고 Gd2O3를 포함하지 않음.
* 접합층의 형성재료 : Eu3Al5O12과 Al2O3를 포함하고 Gd3Al5O12과 GdAlO3을 포함하지 않음.
* 접합온도 : 실시예와 같음.
비교예 2의 서셉터 :
* 접합제의 형성재료 : Gd2O3와 Al2O3를 포함하고 Eu2O3을 포함하지 않음.
* 접합층의 형성재료 : GdAlO3과 Al2O3를 포함하고 (Eu,Gd)3Al5O12을 포함하지 않음.
* 접합온도 : 1725(℃)(실시예보다 높은 온도)
비교예 3의 서셉터 :
* 접합제의 형성재료 : 비교예 2와 같음.
* 접합층의 형성재료 : 비교예 2와 같음.
* 접합온도 : 실시예와 같음(비교예 2보다 낮은 온도)
A-3-2. 평가수법 :
접합층의 접합강도의 평가로서, 실시예의 서셉터(100) 및 비교예 1∼3의 서셉터에 대해서 He(헬륨) 리크 시험과 SEM(주사형 전자현미경) 관찰을 실시하였다.
(He 리크 시험)
He 리크 시험에서는, 예를 들면 실시예의 서셉터(100)의 지지부재(20)의 하측 개구단에 He 리크 디텍터(도시생략)를 연결하고, 접합층(30)의 외주측에서 He 가스를 분사한다. 그리고, He 리크 디텍터의 검출결과에 근거하여 접합층(30)에 있어서의 He 리크의 검출 유무를 확인하였다. He 리크가 검출되는 것은 접합층(30) 중에 공동이 존재하고 있기 때문에 접합강도가 낮은 것을 의미한다.
(SEM 관찰)
SEM 관찰에서는, 예를 들면 실시예의 서셉터(100)의 유지부재(10)와 지지부재(20)와 접합층(30)을 포함하는 소정 사이즈의 접합부분을 시험편으로서 잘라내고, 그 시험편을 SEM에 의해서 관찰하였다.
A-3-3. 평가결과 :
(He 리크 시험)
실시예의 서셉터(100)와 비교예 2의 서셉터에서는 He 리크 시험에서 He 리크가 검출되지 않았다. 한편, 비교예 1, 3의 서셉터에서는 He 리크 시험에서 He 리크가 검출되었다.
(SEM 관찰)
도 5는 실시예의 서셉터(100)의 SEM 화상을 모식적으로 나타내는 설명도이고, 도 6은 비교예 1의 서셉터의 SEM 화상을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 실시예의 서셉터(100)에서는 접합층(30)의 형성재료인 (Eu,Gd)3Al5O12, GdAlO3 및 Al2O3, 특히 (Eu,Gd)3Al5O12이 유지부재(10) 및 지지부재(20)의 형성재료인 AlN 간의 틈새, 유지부재(10)와 접합층(30)의 경계의 틈새나 지지부재(20)와 접합층(30)의 경계의 틈새(이하, 종합하여 "각 틈새"라 한다)를 메우도록 퍼져 있는 것을 알 수 있다. 실시예의 서셉터(100)의 제조에 이용된 Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제는 1675(℃)라는 비교적 낮은 온도에서도 유동성이 높기 때문에, 접합제가 AlN 간의 틈새 등으로 비집고 들어감으로써, 접합층(30)이 형성되었을 때에는 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3과 Al2O3 중 어느 하나에 의해서 각 틈새가 메워졌다고 생각된다. 실시예의 서셉터(100)에서는 각 틈새가 메워져 있기 때문에, He 리크 시험에서 He 리크가 검출되지 않았다고 생각된다. 또한, 실시예의 서셉터(100)에서는, 3점 굽힘시험에 있어서 접합층(30)의 접합강도가 기준하중에 대해서 약 90% 정도의 강도이었다. 또한, 기준하중은 전체가 AlN을 주성분으로 하는 세라믹스로 형성된 모재의 파괴하중이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 서셉터에서는 각 틈새에 Eu3Al5O12과 Al2O3가 모두 존재하지 않아, 각 틈새가 공동(B)으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 비교예 1의 서셉터의 제조에 이용된 Eu2O3과 Al2O3를 포함하는 접합제는 1675(℃)라는 비교적 낮은 온도에서는 유동성이 낮기 때문에, 각 틈새로 비집고 들어갈 수 없었고, 그 결과, 접합층이 형성되었을 때에 각 틈새가 공동(B)으로 되었다고 생각된다. 비교예 1의 서셉터에서는 각 틈새가 메워지지 않았기 때문에, He 리크 시험에서 He 리크가 검출되었다고 생각된다. 또, 비교예 1의 서셉터의 접합층에는 많은 공동(B)이 존재하기 때문에, 이 접합층의 접합강도는 실시예의 서셉터(100)의 접합층(30)의 접합강도에 비해서 낮다고 생각된다.
또, 비교예 2의 서셉터에서는, 도시하지는 않았으나 접합층의 형성재료인 GdAlO3 및 Al2O3가 각 틈새를 메우도록 퍼져 있다. 한편, 비교예 3의 서셉터에서는, 도시하지는 않았으나 각 틈새에 접합층의 형성재료인 GdAlO3과 Al2O3가 모두 존재하지 않아, 각 틈새가 공동으로 되어 있다. 이와 같이, 비교예 2의 서셉터와 비교예 3의 서셉터는 접합층(접합제)의 형성재료가 같음에도 불구하고 SEM 관찰의 결과가 다르다. 이것은 비교예 2, 3의 서셉터에 이용된 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제는 1725(℃)라는 비교적 높은 온도에서는 유동성이 높지만 1675(℃)라는 비교적 낮은 온도에서는 유동성이 낮기 때문이라고 생각된다. 비교예 2의 서셉터에서는 각 틈새가 메워져 있기 때문에, He 리크 시험에서 He 리크가 검출되지 않았고, 비교예 3의 서셉터에서는 각 틈새가 메워져 있지 않기 때문에, He 리크 시험에서 He 리크가 검출되었다고 생각된다. 또한, 비교예 2의 서셉터의 접합층에는 틈새가 적기 때문에, 이 접합층의 접합강도는 실시예의 서셉터(100)의 접합층(30)의 접합강도와 동등하다고 생각된다. 비교예 3의 서셉터의 접합층에는 많은 공동이 존재하기 때문에, 이 접합층의 접합강도는 실시예의 서셉터(100)의 접합층(30)의 접합강도에 비해서 낮다고 생각된다.
A-4. 본 실시형태의 효과 :
본원의 발명자는 실험 등에 의해서 Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제를 이용하면, Gd을 포함하는 접합제를 이용하는 종래의 제조방법에 비해서, AlN을 주성분으로 하는 재료에 의해 형성된 세라믹스 부재끼리를 접합할 때의 접합온도가 낮더라도 높은 접합강도로 접합할 수 있는 것을 찾아냈다. 그래서, 본 실시형태에 의하면, Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제를 이용함으로써 접합온도를 낮게 하면서 접합층(30)의 접합강도의 저하를 억제할 수 있다. 구체적으로는, 상기한 바와 같이, 실시예의 서셉터(100)에 의하면, Gd2O3를 포함하는 접합제를 이용하는 비교예 2의 서셉터에 비해서 접합온도를 낮게 하면서 동등한 접합강도를 확보할 수 있다. 또, 접합온도를 낮게 함으로써 유지부재(10)나 지지부재(20)의 열에 의한 변형을 억제할 수 있다. 게다가, 본 실시형태에 의하면, 접합온도를 낮게 하면서 약 10분이라는 짧은 접합시간에 높은 접합강도를 확보할 수 있다. 접합시간이 짧음으로써 서셉터(100)의 제조효율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 저온에서도 유동성이 높은 (Eu,Gd)3Al5O12의 함유율이 0.1mol% 이상인 것에 의해서, 접합층(30)의 접합강도의 저하를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
B. 변형예 :
본 명세서에서 개시되는 기술은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.
상기 실시형태에 있어서, 유지부재(10)와 지지부재(20)가 접합층(30)이 아니고 복수의 접합부에 의해서 접합되어 있는 것으로 하여도 좋다. 구체적으로는, 유지부재(10)와 지지부재(20) 사이에 유지부재(10)와 지지부재(20)의 대향방향에 직교하는 하나의 가상 평면 상에 배치된 복수의 접합부가 이산적(離散的)으로 형성되어 있음과 아울러, 유지부재(10)와 지지부재(20)가 유지부재(10) 및 지지부재(20)의 형성재료인 AlN 입자를 통해서 부분적으로 연결되어 있는 것으로 하여도 좋다.
상기 실시형태 및 변형예에 있어서, 유지부재(10)와 지지부재(20) 사이에, 예를 들면 접합층(30)(접합부)과 함께 이 접합층(30)(접합부)과는 조성이 다른 제 2 접합층(제 2 접합부)이 개재되어 있는 것으로 하여도 좋다. 즉, 유지부재(10)와 지지부재(20)가 조성이 서로 다른 복수의 접합층 또는 접합부를 통해서 접합되어 있는 것으로 하여도 좋다.
상기 실시형태 및 변형예에 있어서의 유지부재(10) 및 지지부재(20)를 형성하는 세라믹스는 AlN을 주성분으로서 포함하고 있으면, 다른 원소를 포함하고 있어도 좋다.
상기 실시형태 및 변형예에 있어서, 접합층(30)(접합부)을 형성하는 재료는 (Eu,Gd)3Al5O12 이외의 Eu과 Gd과 Al을 포함하는 복합 산화물을 포함하고 있어도 좋다. 또, 접합층(30)(접합부)을 형성하는 재료는 Al2O3나 GdAlO3 이외의 물질(예를 들면 AlN)을 포함하고 있어도 좋다. 또, 상기 실시형태와 같이 접합층(30)(접합부)을 형성하는 재료는 페로브스카이트 구조 혹은 가닛 구조를 취하는 희토류 원소 및 Al을 포함하는 1 또는 복수의 복합 산화물과 Al2O3 중 2종 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 접합층(30)에 있어서의 (Eu,Gd)3Al5O12의 함유율은 0.1mol% 미만이어도 좋지만, 0.1mol% 이상인 것이 바람직하다.
상기 실시형태 및 변형예에 있어서, 접합제를 형성하는 재료는 Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하고 있으면, 다른 원소를 포함하고 있어도 좋다.
또, 상기 실시형태에 있어서의 서셉터(100)의 제조방법은 어디까지나 일례이며, 여러 가지 변형이 가능하다.
본 발명은 서셉터(100)에 한정하지 않고, 폴리이미드 히터 등의 다른 가열장치, 세라믹스판과 베이스판을 구비하며 세라믹스판의 표면 상에 대상물을 유지하는 유지장치(예를 들면, 정전 척이나 진공 척), 샤워 헤드 등의 다른 반도체 제조장치용 부품에도 적용 가능하다.
10 : 유지부재 20 : 지지부재
22 : 관통구멍 30 : 접합층
50 : 히터 52 : 비아
54 : 수전전극(受電電極) 56 : 전극단자
60 : 금속선 62 : 상단부분
100 : 서셉터 B : 공동
S1 : 유지면 S2 : 유지측 접합면
S3 : 지지측 접합면 S4 : 하면
W : 웨이퍼

Claims (5)

  1. AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 1 세라믹스 부재를 준비하는 공정과,
    AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 2 세라믹스 부재를 준비하는 공정과,
    상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재 사이에 Eu2O3과 Gd2O3와 Al2O3를 포함하는 접합제를 개재시킨 상태에서 가열 가압함으로써 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재를 접합하는 공정을 포함하며,
    상기 가열 가압에 의해서 상기 접합제가 용융하여 형성되는 접합부는 적어도 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 부품의 제조방법.
  2. AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 1 세라믹스 부재와,
    AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 2 세라믹스 부재와,
    상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재 사이에 배치되어 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재를 접합하는 접합층을 구비하는 반도체 제조장치용 부품에 있어서,
    상기 접합층은 적어도 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 부품.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 접합층에 있어서, 상기 (Eu,Gd)3Al5O12의 함유율은 0.1mol% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 부품.
  4. AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 1 세라믹스 부재와,
    AlN을 가장 함유비율이 많은 성분으로 하는 재료에 의해 형성된 제 2 세라믹스 부재와,
    상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재 사이에 배치되어 상기 제 1 세라믹스 부재와 상기 제 2 세라믹스 부재를 접합하는 복수의 접합부를 구비하는 반도체 제조장치용 부품에 있어서,
    상기 접합부는 적어도 (Eu,Gd)3Al5O12과 GdAlO3를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 부품.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 접합부에 있어서, 상기 (Eu,Gd)3Al5O12의 함유율은 0.1mol% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치용 부품.
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